锚杆静压桩在危房加固中的应用.doc

锚杆静压桩在危房加固中的应用
顾向群　杨　军　孟　军

APPLICATION OF ANCHOR ROD STATIC PRESS PILES
IN REINFORCING DANGEROUS BUILDINGS

Gu Xiangqun
(Beijing Popwell Engineering & Desigy Company　Beijing　100045)
Yang Jun
(Central Research Institute of Building and Construction, MMI　Beijing　100088)
Meng Jun
(Machinery & Power Section, Dalian Steelmaking Works　Dalian　116031)

　　大连钢厂二轧分厂办公楼东西长38m，南北宽8.3m，高5层17.2m，该楼坐落在填海造地的杂填土上。1979年3月设计，1982年竣工投入使用。八、九年后，该建筑逐年向北倾斜，同时东西两端基础下沉，纵墙出现倒八字裂缝，特别是西北角，墙体被裂缝分割(图1)，已失去抗震能力，一层地面和五层楼面出现横向通长裂缝(图2)，整个建筑处于危险状态。1995年经可靠度鉴定，将破损墙体局部加固，用锚杆静压桩加固地基基础，使建筑物转危为安。

　　　　图1　建筑北立面裂缝示意

　　　图2　办公楼一层地面裂缝示意
　　　　　1—女浴室；2—锅炉房；3—男浴室；
　　　　4—女更衣室；5—男更衣室
1　建筑物破损的调查和分析
　　鉴定加固小组经过仔细的调查，发现建筑南北两侧都有倒八字裂缝，特别是西北角，裂缝宽达 8～10mm，与一楼地面的大裂缝相通，说明建筑东西两端地基太软，基础下沉引起墙体裂缝。西端地基梁的裂缝也很严重，每隔1.5～1.8m就有一条裂缝，最大裂缝宽2.0～2.5mm，裂缝长为0.7～1.1m。厂方在1993年8月对建筑物进行测量，房顶向北倾斜110mm，1994年8月发大水，厂房被淹，水退后又测量，房顶北倾增至136mm，倾斜率高达8‰，5个月后，倾斜率降到7.06‰，说明北侧地基不如南侧。
　　据负责该工程的施工人员介绍，建楼时曾考虑使用桩基，但考虑到杂填土中有钢渣，怕桩打不下去，改用水沉砂地基。1991年6月和1995年2月在该建筑周围进行了两次工程地质勘察，勘察报告称：
地面以下-7.5～-9.5m为基岩，高低不等，其上为中砂，厚1.2～2.0m，再上是淤泥。厚1.7～3.1m，杂填土3.0～3.4m，其中还夹杂1.2～2.2m的块石层。报告认为：上面的块石、杂填土、淤泥均不宜作建筑物基础的的持力层。但由于探孔过少，未提出解决问题的方案。
　　 建筑布局也欠合理，浴室紧挨着办公楼，浴室地面裂缝，大量洗澡污水流入地下，造成北侧基础梁下的砂填层和杂填土中的细颗粒组分局部受冲刷流失，致使北侧地基承载力下降，变形增大，这也是楼房北倾的主要原因之一。

2　制订加固措施的原则和加固措施的主要内容
　　鉴定加固小组通过调查分析认为，该建筑属于危房，必须加固，并提出制订加固措施的原则为：
　　(1)为确保在正常的结构作用和使用环境下，办公楼能正常运作。必须使建筑物基础都落在可靠的足以承受荷载的地基上，排除影响安全的各种因素，同时也要确保在施工过程中建筑物的整体安全。
　　(2)在保持正常办公的条件下进行建筑物加固，尽量少影响办公楼的使用功能，且工期要尽量缩短。
　　(3)建筑加固按7度地震设防。
　　(4)在满足建筑物安全使用的条件下，尽量节约加固费用。
　　根据上述原则制订了加固措施，主要内容为：
　　(1)浴室迁址，消除水患。在办公楼加固之前，先在原浴室北侧建一个新浴室，与办公楼脱开，既消除了水患，又做到在办公楼加固期间，基本上不影响职工洗澡，原有浴室改为更衣室，办公楼中的部分更衣室迁出，空出的房间改作它用。
　　(2)按照抗震设防烈度7度设防和加固地基基础的要求，对上部结构的薄弱环节作局部加固处理。
　　(3)用锚杆静压桩加固地基基础，使整个建筑物坐落在牢固的基础上。
　　(4)室内外抹灰，水暖管线复位。

3　锚杆静压桩加固地基基础
3．1　锚杆静压桩加固方案的选取
　　锚杆静压桩在地基加固中是一种十分有效的方法，它利用建筑物本身自重为支承体，用千斤顶将预制桩段压入土中，使桩尖支承在可靠的持力层上。
　　根据调查检测资料，二轧办公楼坐落在分布极不均匀的杂填土上，勘察部门尚无法提出基础各个部位处于何种承载能力的杂填土上的报告，一般桩基此时无法施工，而锚杆静压桩可以使基础梁各个部位都支承在可靠的地基之上，因为静压桩施工时不以桩的压入深度为检验标准，而以压桩力的大小作为检验标准，要求压桩力大于桩的设计承载力，即可确保基础的安全，而且，锚杆静压桩的桩架较低，施工灵活性性大，可在室内施工。
3.2　锚杆静压桩工作步骤
　　仔细调查，弄清情况，合理设计，精心施工是用好锚杆静压桩的基本条件，其步骤是：
　　第一步，查明建筑物的荷载，以及施工荷载，按照结构部位的实际状况，验算结构各部位的承载能力；第二步，计算出纵、横墙体基础荷载，确定桩的布局，选定桩的断面。由于地基杂填土的承载能力不明，为保证基础梁受力合理，所以本工程桩位只好全面布置，共用146根桩，桩的断面为200×200；
　　第三步，进行压桩承台和桩段的设计，出施工图：
　　第四步，按图施工压桩承台，分批制作桩段，同时准备压桩设备；
　　第五步，当压桩承台的混凝土达到设计强度后进行压桩。压桩施工按照《锚杆静压桩技术规程》进行，并做好压桩记录；
　　第六步，封桩头，待封桩混凝土达到预定强度后即可回填土，做地面面层。
3.3　二轧办公楼采用锚杆静压桩施工的实际效果
　　(1)按《锚杆静压桩技术规程》进行施工，每根桩的压桩力都大于每根桩应分担的荷载值的1.5～2.0倍，桩的实际承载能力又大于压桩力，因此办公楼基础梁的各个部位都有可靠的经过油压表检测的支承点。这种可靠性远远大于灌注桩、树根桩、粉喷桩、搅拌桩、石灰砂桩等加固方案，开创了一个处理杂填土地基的范例。
　　(2)桩段用C35混凝土制作，本工程压桩最深处为承台顶面以下7.6m，即使这根桩承受了所分担的全部上部荷载，其最大垂直变形小于1.0mm，浅桩的变形更小，因此办公楼今后不会再因基础地基变形而产生损伤。
　　(3)锚杆静压桩压桩时以顶压力控制，桩尖遇到松软地基时窜越而过，一直达到预定压桩力，落到坚实的持力层才终止压桩，因此每根桩的压入深度是不一样的，压入深度大，说明软土层大或松散土质厚度大；压入深度小，说明坚实的持力层厚。图3是压桩力基本相同而压入深度不同的3根桩的压桩曲线，17号桩下是块石，加压至467kN时桩尖从-1.16m压至-2.01m，只压下0.85m；8号桩加压至250kN时，遇到块石群，再加压桩尖穿越块石群进入其下的软土层，直到压到-7.0m，压桩力达450kN时，桩尖才稳定；108号桩下有很深的软土层，桩尖压至-5.83m时遇到块石层，加压至417kN时，桩尖穿越而过，直至-6.85m压桩力达450kN时，才结束这根桩的压桩工作。每压入一根桩，都是对该桩位下地层的一种检测，把一群桩的压深用画等高线方法连接起来，大致可以看出什么地方是软土区，它的范围有多大，它的深度是多少，这比一般工程地质勘测更详尽，更实际。图4是办公楼压桩深度分布图，从图中可以清楚地看出，办公楼两端和北侧分布着3个软土区，这3个区的较大沉降导致办公楼的倾斜和裂缝，下部地基状况和上部结构效应极为吻合。

　　　　图3　压桩曲线P－S图

　　　图4　静压桩位置及实际压入深度
　　(4)压桩过程不仅检验了地基状况，另一方面又检验了压桩承台与基础梁的强度和连接，本工程在压桩过程中未发现上部结构有什么问题，证明经过加固的基础梁和承台结构是可靠的。
　　(5)在整个加固过程中，由于要加固基础，除必须开挖一层的地面之外，二层以上房间仍在办公和使用。除在加固地基梁凿毛、打眼时有施工噪声外，压桩过程中的施工噪声较小，基本上不影响办公，满足了厂方在加固前提出的要求。
　　(6)用较少的资金和材料完成了办公楼的加固任务。不仅排除了该建筑物的险情，确保了安全使用，同时也延长了该建筑物的使用寿命，本工程为大连钢厂节约资金200万元以上。

4　结束语
　　大连钢厂二轧办公楼由危房上升为二级建筑，又一次证明了锚杆静压桩在软弱地基加固中有十分明显的优点：它最大的优点是可靠，可直接从压桩的油压表上知道每根桩能承受多大荷载，而且，压桩完毕桩头与承台连接后就能承载；压桩过程中噪声较小，没有泥水等污染，作业条件较好；压桩设备较简单，一个压桩架和一个带油压表的千斤顶，压桩架的高度可根据作业条件自行设计，因此在室内也可使用；桩段通常用钢筋混凝土制作，在压桩过程中压入的桩段对地基土有挤密作用，从油压表上可知各层地基土的承载能力，因而也是对地基土的一种检测，这是其它桩基工法所无法相比的；锚杆静压桩还可用于纠偏，对露天栈桥的独立柱基，有两套压桩设备就可纠偏，对大型设备基础和建筑物用较多的压桩架和千斤顶就可以了。总之，锚杆静压桩是一种具有多项优点的加固地基新技术，只要根据实际情况灵活运用，一定会在建筑物加固改造中发挥良好的作用。
作者单位：顾向群（北京人福工程设计公司　北京　100045）
　　　　　第一作者：顾向群　女　1964年2月出生　工程师
　　　　　杨　军（冶金部建筑研究总院　　北京　100088）
　　　　　孟　军(大连钢铁集团有限责任公司　大连　116031)